高性能弛豫型功能梯度压电陶瓷弯曲驱动器的研究

摘要

铌镍酸铅-锆钛酸铅（分子式为Pb(Ni1/3Nb2/3)0.5(Ti0.7Zr0.3)0.5O3，简称0.5PNN-0.5PZT ）和铌镁酸铅-钛酸铅（分子式为Pb(Mg1/3Nb2/3)0.655Ti0.345O3，简称0.655PMN-0.345PT ）均为组分在准同型相界（MPB ）附近的铅基弛豫型压电陶瓷。本文采用传统的固相反应法和流延成型法制备两种压电陶瓷，研究了预烧、烧结温度等因素对陶瓷微观结构及性能的影响，并对两种方法制备陶瓷的性能进行比较。同时，利用流延成型法制备两种体系的功能梯度弯曲驱动器，并进行性能测试。主要内容如下：
　　 首先，利用传统的固相反应法制备0.5PNN-0.5PZT 压电陶瓷，其组分在MPB 附近，具有较高的压电、介电性能。实验分析了不同的烧结温度下陶瓷的微观结构和各项性能，研究结果表明在1200°C 烧结时陶瓷的性能最好，在此温度下对应的各性能分别为：Tc=170.7°C，ρ=8.130g/cm 3，d33=708pC/N，ε r=5.77×10 3，kp=0.5900，tan δ=0.0189，Pr=25.3069 μ C/cm 2。利用固相反应制备0.655PMN-0.345PT 压电陶瓷时，为了抑制烧结过程中焦绿石相的生成，先利用前驱体法合成了MgNb2O6 前驱体。研究结果表明在925°C 预烧、1175°C 烧结时所得陶瓷的性能最好，在此条件下对应的各性能分别为：Tc=164.3°C，ρ=7.781g/cm 3，d33=632 pC/N，ε r=3.63×10 3，kp=0.5914，tan δ=0.0143，Pr=29.0884 μ C/cm 2。
　　 其次，采用一种新的方法，即流延成型法，合成0.5PNN-0.5PZT 压电陶瓷，研究烧结温度对陶瓷显微结构和性能的影响，在1225°C 烧结时陶瓷的性能最好，在此温度下对应的各性能分别为：ρ=7.860 g/cm 3，d33=780 pC/N，ε r=6.18×10 3，kp=0.6012，tan δ=0.017，Pr=26.36 46μ C/cm 2。
　　 同样利用流延成型合成0.655PMN-0.345PT 陶瓷，分析微观结构和性能随烧结温度的变化，在1200°C 烧结时陶瓷的性能最好，在此温度下对应的各性能分别为：ρ=7.596 g/cm 3，d33=700 pC/N，ε r=4.77×10 3，kp=0.605，tan δ=0.014，Pr=30.6800 μ C/cm 2。此外实验对比了两种方法下制备的陶瓷性能，发现流延成型法制备陶瓷的性能比传统的固相合成法有较大提高。
　　 最后，利用流延成型法制备PNN-PZT 系及PMN-PT 系功能梯度弯曲驱动器，并对其进行性能测试。研究结果表明，两个体系中四种组分陶瓷的压电、介电性能均呈现梯度变化。当对PNN-PZT 系及PMN-PT 系功能梯度弯曲驱动器施加电压时，驱动器自由端位移随着驱动电压的增加逐渐增加，且近似呈线性增长。
　　 感谢国家“863”高科技项目（2007AA03Z104 ）和江苏省自然科学基金（BK2007200,BK2008399 ）的支持。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录、注释表

声明

第一章绪论

第二章固相反应法制备PNN-PZT系及PMN-PT系压电陶瓷

第三章流延成型法制备PNN-PZT系及PMN-PT系压电陶瓷

第四章PNN-PZT系及PMN-PT系功能梯度弯曲驱动器的制备

第五章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果